作者：马钰涵，
随着计算机辅助设计与计算机辅助制造（computer-aided design and computer-aided manufacturing，CAD/CAM）的快速发展，数字口腔医学应运而生，其深刻影响了口腔医学的预防、诊断、治疗及服务形式。CAD/CAM技术可分为两大类，即增材制造和减材制造。为了符合CAD/CAM技术的要求，口腔材料需要预先制备成特定的盘状和块状等形状，或预先制备成特定组分的液体、粉末及粉浆等形态，以便于适合增材制造和减材制造的加工，同时其机械性能也有了极大改善。
目前，减材制造技术在口腔修复领域仍占据主导地位，主要通过切削预先制备成块状的材料，雕琢出所需形状；然而，这一加工过程同时造成原材料极大的浪费。减材制造技术广泛应用于聚甲基丙烯酸甲酯（polymethyl methacrylate，PMMA）、复合树脂、金属及陶瓷等多种材料的加工，显著提升了口腔修复体的精度，并提高制作效率。而增材制造技术，即3D打印技术，近年来迅速崛起，尤其在制作复杂形状修复体与植入导板方面展现出巨大潜力。
增材制造的主要优势在于减少材料浪费，能够以较低成本生产出精细复杂的结构，这在口腔修复领域具有无可比拟的优势。然而，对于增材制造材料的机械与物理性能，仍需进行更多深入研究，以全面评估其是否可完全替代减材制造材料。
1. 减材制造
减材制造是依据预设计的形状通过铣床对材料进行加工的过程，铣削设备可在湿式或干式条件下运行。5轴铣削系统与3轴和4轴系统相比，可获得更加密合的口腔修复体。可用于减材制造的材料范围广泛，包括蜡、PMMA、复合树脂、高性能聚合物、金属及陶瓷材料。
1. 1 PMMA
PMMA是一种通过甲基丙烯酸甲酯聚合反应预先合成的树脂块状材料，广泛应用于全口义齿修复和临时冠桥的修复。随着临床对PMMA修复体需求的日益增长，其在光学特性和物理性能方面均显著提升。Jafarpour等通过对比分析CAD/CAM技术加工的PMMA全口义齿与传统热固化PMMA全口义齿发现，二者临床效果相当。但也有研究结果显示，CAD/CAM 加工的PMMA 全口义齿具有较高强度和较低表面粗糙度，且其在拟合度、固位力及降低创伤性溃疡发生率方面相较于传统义齿同样展现出了显著优势。这些发现不仅进一步证实了CAD/CAM技术在口腔修复领域的巨大潜力，也为患者提供了更加优质、舒适的口腔修复方案。
1. 2 复合树脂
间接复合树脂修复是指采用预固化的可铣削复合树脂块材，其可有效克服直接复合树脂充填存在的问题，如聚合收缩、单体释放及机械性能稍差等。间接复合树脂修复材料与直接充填复合树脂材料相比具有较好的机械性能，可应用于制作贴面、嵌体和高嵌体等修复体。但Crins等临床研究发现，间接复合树脂不适于修复严重牙齿磨损的患者。这是因为尽管在高温高压下充分聚合的间接复合树脂块的机械性能有所改善，但同时造成该材料的可聚合双键稀少，不利于修复体的粘接。
1. 3 高性能聚合物
高性能聚合物，如聚醚醚酮（polyether ether ketone，PEEK）、热塑性聚芳醚酮（polyetherketoneketone，Pekkton）及纤维增强复合材料，具有良好的机械性能、物理特性和出色的生物相容性，在口腔修复领域得到了一些应用，其适用于制作可摘局部义齿、冠桥修复体及种植体上部结构等固定修复体。关于该类材料，以实验研究和短期研究为主，长期的临床研究较少。
Mourad等研究PEEK作为All-on-4种植桥架修复下颌无牙颌患者的效果，发现修复5年后，种植体周围骨组织发生显著的水平和垂直向骨吸收。这可能是PEEK材料的机械性能相对较差造成的。
1. 4 金属
钴铬合金、钛及贵金属等金属材料在CAD/CAM技术的精确加工下摒弃了传统铸造工艺中难以避免的铸造缺陷，展现出加工优势。钴铬合金具有卓越的耐腐蚀性和经济实惠的成本优势，成为了制造烤瓷熔附金属全冠的内冠和固定义齿桥架的首选材料。在加工质地坚硬的钴铬合金块时，可采用硬切削；选用软钴铬材料时，可采用软切削，随后在氩气体的保护下进行烧结处理，最终固化成质地坚实的钴铬合金。
钛合金块材料主要用于定制个性化基台和牙种植固定修复的桥架，经过阳极氧化处理后，钛基台表面的美学效果得到改善，满足患者对美观度的要求。至于贵金属，通过CAD/CAM技术的切削加工，规避了传统铸造过程中可能出现的烧结和铸造缺陷，确保了每一件修复体的精准度（precision）和真实度（trueness）。
1. 5 陶瓷
CAD/CAM技术加工的陶瓷材料可分为树脂基陶瓷、硅酸盐陶瓷（包括长石质陶瓷、云母增强陶瓷、二硅酸锂陶瓷）和氧化物陶瓷（包括氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷）。
1. 5. 1 树脂基陶瓷
树脂基陶瓷材料又称杂合陶瓷（hybrid ceramic），该术语还存在争议。其主要分为两大类：一类是在聚合物基质网状结构中嵌入陶瓷填料颗粒的块状材料，是一种树脂基复合材料，又称为树脂纳米陶瓷（resin nanoceramic），如Lava Ultimate。该类材料是否可以称为陶瓷存在很大争议，是因为其本质就是复合树脂的结构。另一类则是聚合物渗入陶瓷网状结构的空隙中（polymer-infiltrated ceramic network，PICN），其本质是陶瓷基复合材料，如VITA Enamic等。
这类材料具有陶瓷性能且含有树脂，使其不仅具备出色的高负载能力和抗疲劳性，还拥有较高的弹性模量、卓越的切削性能及边缘密合性。树脂基陶瓷材料在加工过程中无需经历结晶或烧结步骤，仅需切削后行简单的手工抛光即可达到理想状态，其短中期临床效果较佳。
1. 5. 2 硅酸盐陶瓷
硅酸盐陶瓷作为一种熔合了硅元素并蕴含玻璃基质的陶瓷材料，凭借独特的半透明性，能够精妙地模拟牙釉质与牙本质的光学属性，从而在美学区的牙齿修复中脱颖而出，成为备受青睐的优选材料。然而，这类陶瓷材料固有的脆弱性和相对较弱的断裂抗力，常需要通过粘接技术来进行有效地补偿与强化。
传统的长石质陶瓷具有卓越的光学特性，但其强度在玻璃陶瓷中最为脆弱。可切削的长石质陶瓷是一种在临床上使用较久的陶瓷，其颜色和透明性与天然牙釉质和牙本质相似，可用于前牙贴面、嵌体和前牙全冠修复，具有较高的临床长期成功率。
为了改善长石质陶瓷的机械强度，试图采用云母增强陶瓷的强度，但其强度只是略有增加；由于其出众的光学特性，在追求极致美学效果的修复领域中仍占据重要地位，且在非牙合力承载区，仍可获得良好的临床修复效果。二硅酸锂陶瓷大幅改善玻璃基质陶瓷强度的同时，依然保持了卓越的光学性能。在一定厚度前提下，二硅酸锂陶瓷可用于牙合力承载区，具有良好的临床效果；然而，其不太适用于制作固定义齿，易在连接体处折裂。
1. 5. 3 氧化物陶瓷
氧化锆陶瓷是一种高度致密的多晶金属氧化物陶瓷，传统的3%氧化钇稳定氧化锆多晶（3% yttria-stabilized tetragonal zirconiapolycrystal，3Y-PSZ）展现出了卓越的机械性能，其抗弯强度高达900 ~ 1400 MPa。当裂纹在氧化锆陶瓷中扩展时，四方向晶格会发生相转变，转变为体积更大的单斜向晶格。这一过程在裂纹尖端产生了压应力，有效阻碍裂纹的进一步扩展，此现象被称为相变增韧。由于3Y-PSZ具有卓越的机械性能，可适合用于牙合力负载区域，如后牙的单冠和固定义齿修复体，并采用改性玻璃离子水门汀进行粘固。
然而，传统的3Y-PSZ在透明度方面存在不足，常需要饰面瓷改善美学效果。此外，通过提高氧化钇的摩尔分数至5%（5Y-PSZ），并相应减少氧化铝的含量，可使得氧化锆中的立方相晶体含量增加至55%，从而显著提升其透明度，允许更多光线穿透，但透明度的提升也带来了强度的降低。4%氧化钇在透明度和强度之间取得了更为理想的平衡，可作为3Y-PSZ和5Y-PSZ的优选替代材料。
减材制造的铣削过程可产生十分光滑的氧化锆表面，且氧化锆是一种惰性材料，不利于修复体的粘接和粘固。有足够的固位型和抗力型的前提下，建议采用树脂增强型玻璃离子粘固氧化锆修复体。研究者们试图采用含硅的涂层来提高氧化锆陶瓷的粘接耐久性。
目前，常用的方法是在低气压条件下，采用氧化铝颗粒对氧化锆表面进行空气喷磨处理，随后使用含有甲基丙烯酰氧基癸基磷酸酯（methacryloyloxydecyl dihydrogen phosphate，MDP）的底涂剂或树脂水门汀进行粘接。
2. 增材制造
增材制造是通过逐层添加材料（如树脂、金属、陶瓷）构建三维部件，已广泛应用于打印口腔模型、临时修复体、咬合板等，其主要优势包括：减少材料浪费、能耗更低、减少生产步骤、降低人工干预等导致误差产生的风险及可预测成本。在口腔医学领域中，立体光固化（stereolithography，SLA）技术和材料喷射（material jetting，MJ）技术应用较为广泛。
打印物件的质量取决于3D打印设备的性能，包括分辨率、精准度及真实度等关键因素。目前，亟需研究可用于增材制造的材料种类及其性能，包括耐久性、表面特性等，以评估其是否能够替代传统减材制造所使用的材料。
2. 1 聚合物
传统临时修复材料主要涵盖了单甲基丙烯酸酯类、丙烯酸树脂类、二甲基丙烯酸酯类及复合树脂类材料，其中典型的代表有双酚A二甲基丙烯酸酯和光引发聚氨酯二甲基丙烯酸酯。然而，鉴于制造工艺的差异，目前关于3D打印聚合物是否具备与传统材料相媲美的性能，学术界尚未形成明确的共识，相关文献也缺乏确凿的结论。目前研究结果显示，3D打印树脂材料机械性能明显低于传统手工和切削加工的PMMA 材料。由于关于可3D打印聚合物的性能数据相对匮乏，其主要用于口腔模型的打印和临时修复体的制作。
2. 2 陶瓷
鉴于陶瓷材料的高熔点特性，增材制造陶瓷的过程显得尤为复杂，其中冷却阶段极易导致裂纹的形成，并促使陶瓷内部孔隙率上升，这些不利因素显著降低了材料的机械性能。在传统增材制造领域，由于技术层面的种种限制，早期的研究成果中，3D打印件普遍存在尺寸精度欠缺及裂纹频现的问题。然而，随着科技的日新月异，陶瓷增材制造的精度与性能已实现了质的飞跃。最新研究显示，一种名为纳米颗粒喷射（nanoparticle jetting）技术，又称为先进的喷墨定制工艺（advanced customized jetting，ACJ）具有超乎寻常的打印精度，其水平分辨率高达16.0 μm ×17.6 μm，最小打印层厚度更是精细至约10.5 μm。
ACJ技术可在氧化锆表面设计并制造微米尺寸的倒凹结构。这不仅在增加微机械锁结的同时，还增加了粘接表面积。同时，采用氧化铝颗粒喷磨处理氧化锆的表面，随后用含有MDP的树脂水门汀进行粘接，极大地提高氧化锆粘接强度和耐久性。此外，相较于减材制造产生的光滑氧化锆表面，增材制造可产生相对粗糙的表面，这有利于氧化锆修复体粘接和粘固。
除ACJ 技术外，SLA技术打印的氧化锆冠桥及种植体同样展现出了令人瞩目的机械性能和表面特性，其性能已逼近减材制造的氧化锆。增材制造领域还不断拓宽其应用范围，积极探索其他陶瓷及钙磷酸盐类材料作为骨再生支架的潜力，已有一定的初步成果。以前的研究报道在全冠的边缘密合性等方面，增材制造稍逊色于减材制造。现在的ACJ技术打印的氧化锆牙冠，在尺寸精度、边缘密合度及边缘精度方面均展现出卓越效果。
2. 3 金属
选择性激光烧结技术作为一种前沿的制造工艺，其常用原材料涵盖了高性能的钛、钴铬合金及其他多种合金材料。在技术的早期探索阶段，尽管取得了一定的成果，但金属制成品普遍面临孔隙率较高及表面粗糙度不理想等问题，并限制了其在承受高负荷应力区域的应用。然而，随着科学技术的不断革新与精进，选择性激光烧结技术在提升金属结构的机械性能与表面光洁度方面取得了显著突破。这一进步不仅大幅优化了金属修复材料的物理特性，还极大地增强了其在作为种植体时的骨结合能力，使其更加适用于复杂的生物医学及工程领域。随着技术的持续成熟与普及，选择性激光烧结技术有望在更多领域展现其独特价值，推动制造业向更加绿色、高效的方向发展。
3. 结语
随着数字化技术的快速发展，数字口腔医学将会不断进步。为了符合数字化加工的要求，口腔材料需要预先制备成特定的形状或形态。借助于减材制造方式，采用陶瓷和金属材料制作的牙齿修复体已在临床上广泛应用；由于其具有优异的机械性能，可获得良好的中长期临床效果。随着增材制造技术的不断迭代升级和口腔材料研发领域的重大突破，增材制造技术凭借其较高的材料使用效率，展现出巨大的应用潜力。然而，实验研究无法替代临床研究，需谨慎解读实验研究结果的潜在临床价值。减材制造和增材制造所涉及新型口腔材料的综合性能及其在临床实践中的适用性，仍需进一步深入探索与研究。
来源：马钰涵,王喆,傅柏平.数字化加工口腔修复材料的现状与展望[J].中国实用口腔科杂志,2025,18(01):1-5.DOI:10.19538/j.kq.2025.01.001.
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